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一种充分灌溉条件下直接补渠的单库‑多站系统水资源优化配置方法技术方案

技术编号:17390388 阅读:75 留言:0更新日期:2018-03-04 14:57
本发明专利技术公开了一种充分灌溉条件下直接补渠的单库—多站系统水资源优化配置方法,采用基于“补渠泵站群”子系统分解‑动态规划聚合的“单库—多站”大系统动态规划逐次逼近方法,可获得一定供水期内受水区最小缺水量、对应的水库供水期内各时段最优供水量、弃水量,以及各补渠泵站各时段补水量过程。本发明专利技术对平原水库灌区水资源优化配置具有重要理论意义和实际应用价值。

An irrigation canal directly fill single reservoir multi station method of optimizing allocation of water resources system

The invention discloses an irrigation canal fill directly single library multi station method of optimizing allocation of water resources system, based on the \fill the canal pumping station group\ subsystem decomposition dynamic programming aggregation \single multi station\ system dynamic programming successive approximation method, can get a certain period by water the minimum water shortage and water supply period corresponding to the optimal water supply reservoir in different period, and the surplus water, repair drainage pumping station in each period of water supply process. The invention has important theoretical significance and practical application value for the optimal allocation of water resources in the irrigation area of the plain reservoir.

【技术实现步骤摘要】
一种充分灌溉条件下直接补渠的单库-多站系统水资源优化配置方法
本专利技术涉及充分灌溉条件下单个水库与多个补渠泵站联合运行调度的方法,属于灌区水资源优化配置

技术介绍
直接补渠的单水库-多泵站系统,由多个补水泵站直接向渠道供水,由单座水库和多座补渠泵站联合向受水区供水。虽然水源条件充分,但由于是由多个提水泵站对渠道进行补水,在系统实际运行时,如何在保证受水区供水充分的条件下,降低补渠泵站群系统运行能耗,节约工程运行成本,是不可忽视的重要问题。
技术实现思路
本专利技术针对充分灌溉条件下直接补渠的单水库-多泵站系统,考虑不同来水频率下的受水区缺水情况,首次考虑由多个提水泵站补充渠道缺水,建立充分灌溉条件下直接补渠的单库-多站系统联合优化调度数学模型。针对特定的年调节单库-多站联合运行调度系统,在已知水库供水划分的时段数、初始库容、死库容、兴利库容、防洪限制水位对应的库容、年可供水总量、各时段来水量过程、蒸发与渗漏量过程,补渠泵站数量、各补渠泵站年允许提水总量,以及各时段受水区需水量过程情况下,采用基于“补渠泵站群”子系统分解-动态规划聚合的“单库-多站”大系统动态规划逐次逼近方法,可获得一定供水期内受水区最小缺水量、对应的水库供水期内各时段最优供水量、弃水量,以及各补渠泵站各时段补水量过程。本专利技术方案如下:一种充分灌溉条件下直接补渠的单库-多站系统水资源优化配置方法,由多个补水泵站直接向渠道供水,由单座水库和多座补渠泵站联合向受水区供水,包括以下步骤:一、模型构建,包括以下步骤1~步骤2:1.以直接补渠的单库-多站系统年内各时段的水库供水量与受水区需水量之差的平方和最小为目标,建立如下目标函数:式中:F为研究对象年内各时段的供需水量之差的最小平方和;Z为研究对象年内各时段供需水量之差的平方和;N为年内划分的时段数;i为时段编号(i=1,2,......N);Gi为水库第i时段的供水量(万m3);M为补渠泵站数量(座);k为补渠泵站编号(k=1,2,…M);YBki为第k座补渠泵站第i时段供水量(万m3);YSi为受水区第i时段的需水量(万m3);目标函数采用平方和表达是为了加速减少系统供水量与受水区需水量之间的偏差。2.设置约束条件包括单座水库、M座补水泵站年可供水总量约束条件,无泵站直接补库的水库水量平衡约束,水库库容约束条件,以及补渠泵站群运行能耗最小约束条件。二、模型求解1.数据准备,具体包括:将1年划分为N个时段,并确定各时段长度;根据水库初始水位,测定水库初始库容V0;确定年可供水总量SK、死库容Vmin、防洪限制水位对应的库容VP、以及兴利库容Vmin+Δ1;测量和计算水库各时段来水量LSi、蒸发与渗漏量EFi;确定各补渠泵站年允许提水总量BZk(k=1,2,…M);测定不同时段扬程Hki下运行的提水流量Qki及对应的水泵效率ηz,ki、电机效率ηmot,k、传动效率ηint,k;确定各时段受水区的作物需水量YSi(i=1,2,…,N)。2.确定以水库各阶段供水量Gi、补渠泵站群各阶段补水总量Yi为决策变量的二维非线性数学模型。3.采用动态规划逐次逼近法对“单库-多站”大系统模型求解,确定水库供水量过程Gi和各泵站补渠水总量过程Yim以及水库最优弃水量过程PSi。4.采用分解-动态规划聚合法对“补渠泵站群”子系统模型求解,获得各补渠泵站各时段最优补水量YBki*;由此最终获得研究区年内各时段的供需水量之差的最小平方和F、对应的水库各时段最优供水量Gi、弃水过程PSi,以及各补渠泵站各时段最优补水量YBki*(i=1,2,......N,k=1,2,…M)。进一步地,所述约束条件包括:(1)单座水库、M座补水泵站年可供水总量约束条件:在不同水平年不同保证率情况下,考虑需水要求,供水工程可能提供的水量;YBk1+YBk2+…+YBkN≤BZk,(k=1,2,…M)(2)G1+G2+…+GN≤SK(3)式中:BZk为第k座补水泵站年允许提水总量(万m3);SK为水库的年可供水总量(万m3);其余变量含义同上。(2)无泵站直接补库的水库水量平衡约束条件:Vi=Vi-1+LSi-PSi-EFi-Gi,(i=1,2,…,N)(4)式中:Vi、Vi-1分别为水库第i和i-1时段末的蓄水量(万m3);LSi、PSi、EFi分别为水库第i时段的来水量(万m3)、弃水量(万m3)、蒸发与渗漏量(万m3)。(3)水库库容约束条件:各时段的水库蓄水量应介于水库死库容和防洪限制水位对应的库容之间,即:Vmin≤Vi≤VP,(i=1,2,…,N)(5)式中:Vmin、VP分别为水库死库容和防洪限制水位对应库容(万m3)。(4)补渠泵站群联合运行能耗最小约束条件:在满足水库调度准则约束基础上,为保证受水区充分灌溉条件,对补渠泵站群,其在每一供水时段内的联合运行应考虑能耗最小,即:式中,Li为第i时段补渠泵站群联合运行系统能耗(kW·h);lki为第k座泵站第i时段运行能耗(kW·h);ρ为水密度(kg/m3),g为重力加速度(m/s2);Qki、Hki、ΔTki、ηz,ki分别为第k座泵站第i时段的流量(m3/s)、时均扬程(m)、时段长度(h)和水泵效率;ηmot,k、ηint,k分别为第k座泵站的电动机效率和传动效率。进一步地,确定以水库各阶段供水量Gi、补渠泵站群各阶段补水总量Yi为决策变量的二维非线性数学模型包括重新确定目标函数:M座补渠泵站年可供水总量约束:其余约束同式(3)-(6)。进一步地,采用动态规划逐次逼近法对“单库-多站”大系统模型求解具体包括如下步骤:实际满足该特定受水区充分灌溉条件的水库阶段供水量过程Gi1作为初始迭代值,将其代入式(7),则模型(3)~(8)转化为以各阶段泵站群补渠总水量Yi为决策变量,前i个阶段泵站群补水总量λi为状态变量的一维动态规划模型,采用一维动态规划法求解;其中,i=1,2,......N。(2)参照一维动态规划求解原理,得对应递推方程为:1)阶段i=1:g1(λ1)=min(G11+Y11-YS1)2(9)该时段水库供水量G11已由初始值给定,状态变量λ1,其可在对应可行域内离散:对每个离散的λ1,决策变量(泵站群补水总量Y11)可在对应可行域内离散,如0万m3、5万m3、10万m3、15万m3、…Y11,max等(Y11,max为第1阶段泵站群最大补水能力),应满足:Y11≥λ1。将满足要求的Y11分别代入式(9),分别得到对应于每个离散λ1值时,最优Y11及其对应的该时段最小缺水量平方和g1(λ1)。而后,根据式(4),第1阶段末水库库容V1=V0+LS1-EF1-G11,此时尚未考虑水库弃水,采用式(5)检验,若超过防洪限制水位所对应的库容VP,则超出部分作为水库弃水量PS11,此时修正库容V1*=VP;反之,未超出,则PS11=0,此时修正库容V1*=V1。2)阶段i=2,3,…N-1:gi(λi)=min[(Gi1+Yi1-YSi)2+gi-1(λi-1)](10)该时段水库供水量Gi1已由初始值给定,状态变量λi同样分别进行离散:对每个离散的λi,决策变量(泵站群补水总量Yi1)离散同上,并应满足:状态转移方程:λi-1=λi-(YSi-Gi1)本文档来自技高网...
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【技术保护点】
一种充分灌溉条件下直接补渠的单库‑多站系统水资源优化配置方法,由多个补水泵站直接向渠道供水,由单座水库和多座补渠泵站联合向受水区供水,其特征在于,包括以下步骤:一、模型构建,包括以下步骤1~步骤2:1.以直接补渠的单库‑多站系统年内各时段的水库供水量与受水区需水量之差的平方和最小为目标,建立如下目标函数:

【技术特征摘要】
1.一种充分灌溉条件下直接补渠的单库-多站系统水资源优化配置方法,由多个补水泵站直接向渠道供水,由单座水库和多座补渠泵站联合向受水区供水,其特征在于,包括以下步骤:一、模型构建,包括以下步骤1~步骤2:1.以直接补渠的单库-多站系统年内各时段的水库供水量与受水区需水量之差的平方和最小为目标,建立如下目标函数:式中:F为研究对象年内各时段的供需水量之差的最小平方和;Z为研究对象年内各时段供需水量之差的平方和;N为年内划分的时段数;i为时段编号,i=1,2,......N;Gi为水库第i时段的供水量,单位:万m3;M为补渠泵站数量;k为补渠泵站编号,k=1,2,…M;YBki为第k座补渠泵站第i时段供水量,单位:万m3;YSi为受水区第i时段的需水量,单位:万m3;目标函数采用平方和表达是为了加速减少系统供水量与受水区需水量之间的偏差。2.设置约束条件包括单座水库、M座补水泵站年可供水总量约束条件,无泵站直接补库的水库水量平衡约束,水库库容约束条件,以及补渠泵站群运行能耗最小约束条件。二、模型求解1.数据准备,具体包括:将1年划分为N个时段,并确定各时段长度;根据水库初始水位,测定水库初始库容V0;确定年可供水总量SK、死库容Vmin、防洪限制水位对应的库容VP、以及兴利库容Vmin+Δ1;测量和计算水库各时段来水量LSi、蒸发与渗漏量EFi;确定各补渠泵站年允许提水总量BZk,k=1,2,…M;测定不同时段扬程Hki下运行的提水流量Qki及对应的水泵效率ηz,ki、电机效率ηmot,k、传动效率ηint,k;确定各时段受水区的作物需水量YSi,i=1,2,…,N。2.确定以水库各阶段供水量Gi、补渠泵站群各阶段补水总量Yi为决策变量的二维非线性数学模型。3.采用动态规划逐次逼近法对“单库-多站”大系统模型求解,确定水库供水量过程Gi和各泵站补渠水总量过程Yim以及水库最优弃水量过程PSi。4.采用分解-动态规划聚合法对“补渠泵站群”子系统模型求解,获得各补渠泵站各时段最优补水量YBki*;由此最终获得研究区年内各时段的供需水量之差的最小平方和F、对应的水库各时段最优供水量Gi、弃水过程PSi,以及各补渠泵站各时段最优补水量YBki*,i=1,2,......N,k=1,2,…M。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述约束条件包括:(1)单座水库、M座补水泵站年可供水总量约束条件:在不同水平年不同保证率情况下,考虑需水要求,供水工程可能提供的水量;YBk1+YBk2+…+YBkN≤BZk,k=1,2,…M(2)G1+G2+…+GN≤SK(3)式中:BZk为第k座补水泵站年允许提水总量,单位:万m3;SK为水库的年可供水总量,单位:万m3;其余变量含义同上。(2)无泵站直接补库的水库水量平衡约束条件:Vi=Vi-1+LSi-PSi-EFi-Gi,i=1,2,…,N(4)式中:Vi、Vi-1分别为水库第i和i-1时段末的蓄水量,单位:万m3;LSi、PSi、EFi分别为水库第i时段的来水量、弃水量、蒸发与渗漏量,单位:万m3。(3)水库库容约束条件:各时段的水库蓄水量应介于水库死库容和防洪限制水位对应的库容之间,即:Vmin≤Vi≤VP,i=1,2,…,N(5)式中:Vmin、VP分别为水库死库容和防洪限制水位对应库容,单位:万m3。(4)补渠泵站群联合运行能耗最小约束条件:在满足水库调度准则约束基础上,为保证受水区充分灌溉条件,对补渠泵站群,其在每一供水时段内的联合运行应考虑能耗最小,即:式中,Li为第i时段补渠泵站群联合运行系统能耗,单位:kW·h;lki为第k座泵站第i时段运行能耗,单位:kW·h;ρ为水密度,单位:kg/m3,g为重力加速度,单位:m/s2;Qki、Hki、ΔTki、ηz,ki分别为第k座泵站第i时段的流量(m3/s)、时均扬程(m)、时段长度(h)和水泵效率;ηmot,k、ηint,k分别为第k座泵站的电动机效率和传动效率。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,确定以水库各阶段供水量Gi、补渠泵站群各阶段补水总量Yi为决策变量的二维非线性数学模型包括重新确定目标函数:M座补渠泵站年可供水总量约束:其余约束同式(3)-(6)。4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,采用动态规划逐次逼近法对“单库一多站”大系统模型求解具体包括如下步骤:实际满足该特定受水区充分灌溉条件的水库阶段供水量过程Gi1作为初始迭代值,将其代入式(7),则模型(3)~(8)转化为以各阶段泵站群补渠总水量Yi为决策变量,前i个阶段泵站群补水总量λi为状态变量的一维动态规划模型,采用一维动态规划法求解;其中,...

【专利技术属性】
技术研发人员:程吉林龚懿张礼华陈兴蒋晓红程浩淼袁承斌周建康
申请(专利权)人:扬州大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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